DE3643997C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer spiralförmigen Elektrodenanordnung, die aus einem negati ven und positiven Elektrodenteil und einem zwischen den beiden Elektrodenteilen liegenden Separator ausgebildet wird, wobei wenigstens ein erstes der beiden Elektroden teile auf seinen beiden Seiten mit dem Separator bedeckt wird und wobei der Separator eine sich vom vorderen Ende des ersten Elektrodenteils aus erstreckende Separatorver längerung hat, die über einen Teil ihrer Länge in einen Schlitz eingefügt wird, der in einem Spulenkörper vorge sehen ist, während der restliche Teil der Separatorver längerung um die äußere Oberfläche des Spulenkörpers herumgewickelt und das vordere Ende des zweiten Elektro denteils in die entstehende Elektrodenanordnung eingewick elt wird, wonach das erste und zweite Elektrodenteil, die mittels des Separators getrennt sind, um den Spulen körper herumgewickelt werden und schließlich der Spulen körper entfernt wird.The invention relates to a method for producing a spiral electrode arrangement consisting of a negati ven and positive electrode part and one between the formed separator two electrode parts is, wherein at least a first of the two electrodes parts covered on both sides with the separator and the separator is one from the front end of the first electrode part extending separator has an extension over part of its length into one Slot is inserted, which featured in a bobbin is seen while the rest of the separatorver extension around the outer surface of the bobbin wrapped around and the front end of the second electric partially wrapped in the resulting electrode arrangement after which the first and second electrode parts, which are separated by means of the separator around the coils body and finally the coils body is removed.
Eine derartige Elektrodenanordnung wird zum Beispiel in einer zylindrischen Elektrolytzelle vom nichtwäßrigen Typ oder in einer zylindrischen alkalischen Speicherbatterie verwendet.Such an electrode arrangement is described, for example, in a cylindrical non-aqueous type electrolytic cell or in a cylindrical alkaline storage battery used.
Ein Verfahren, das bisher für die Herstellung einer spi ralförmigen Elektrodenanordnung dieser Art angewandt worden ist, bestand aus den Verfahrensschritten des Ein führens entweder eines positiven oder negativen Elektro denteils, das mit einem Separator bedeckt war, in einem Schlitz, der in einem Spulenkörper ausgebildet war, des Wickelns des einen Elektrodenteils um den Spulenkörper, und des Einführens des anderen Elektrodenteils während des Wickelns des ersteren Elektrodenteils, so daß auf diese Weise das positive und negative Elektrodenteil, getrennt durch den Separator, um den Spulenkörper aufge wickelt wurden.A method that was previously used to produce a spi ral-shaped electrode arrangement of this type applied consisted of the procedural steps of the Ein leading either a positive or negative electro partly, which was covered with a separator, in one Slot formed in a bobbin, the Winding the one electrode part around the coil former, and inserting the other electrode part during of winding the former electrode part so that on this way the positive and negative electrode part, separated by the separator to open the bobbin were wrapped.
Jedoch wird gemäß diesem Verfahren nach dem Stande der Technik das zuerst erwähnte Elektrodenteil in einem Win kel von etwa 90° in dem Bereich gebogen, in dem es aus dem Schlitz des Spulenkörpers vorsteht, um um den Spulen körper herumgewickelt zu werden. Als Ergebnis hiervon hat das Elektrodenteil die Tendenz, in diesem Bereich einge rissen oder zerrissen zu werden, wenn es aus einem wei chen Metallmaterial hergestellt ist, das eine niedrige mechanische Festigkeit hat, wie beispielsweise aus Lithi um, Natrium oder Aluminium. In einem anderen Fall wird das Elektrodenteil an dem gebogenen Teil gebrochen oder zerbrochen, und dieser ge- oder zerbrochene Teil des Elektrodenteils oder des aktiven Materials fällt aus dem Elektrodenteil heraus und durchdringt den Separator, so daß es einen Kontakt mit dem benachbarten Elektrodenteil von entgegengesetzter Polarität herstellt, wodurch es zu einem zu beanstandenden inneren Kurzschluß kommt.However, according to this prior art method Technique the first mentioned electrode part in one win angle of about 90 ° in the area where it is bent protrudes the slot of the bobbin to around the coils body to be wrapped around. As a result of this the electrode part has a tendency to turn in this area to be torn or torn when it comes out of a white Chen metal material is made, which is a low has mechanical strength, such as from Lithi um, sodium or aluminum. In another case the electrode part on the bent part is broken or broken, and this broken or broken part of the Electrode part or the active material falls out of the Electrode part out and penetrates the separator, so that there is contact with the adjacent electrode part of opposite polarity, causing it to an objectionable internal short circuit.
Diese Schwierigkeit kann zwar bei dem in der DE-PS 14 96 222 beschriebenen Verfahren dadurch vermieden werden, daß ein Schutzblatt oder eine Schutzfolie an jedem der vorde ren und hinteren Enden eines Elektrodenteils angebracht wird. Jedoch hat sich dieses Verfahrens insofern als nicht vollständig zufriedenstellend erwiesen, als das Schutzblatt oder die Schutzfolie der Tendenz unterliegt, während des Wickelns des Elektrodenteils abgestreift zu werden, wobei außerdem das Elektrodenteil die Tendenz hat, an seinem gebogenen Teil gebrochen oder zerbrochen zu werden, was ein Durchdringen des Schutzblatts oder der Schutz folie des entsprechenden Teils zur Folge hat. Wie die Figuren der DE-PS 14 96 222 zeigen, wird das eine Elektrodenteil zusammen mit einer Schutzfolie in den Schlitz des Wickeldorns direkt hinein gesteckt, so daß es leicht zum Zerbrechen bzw. Zerbröck eln dieses Elektrodenteils an der Austrittsstelle aus dem Schlitz des Wickeldorns kommmen kann, wodurch scharfe Kanten entstehen können, die dann durch den darüberlie genden Separator hindurchdringen und auf diese Weise einen internen Kurzschlußkreis mit dem anderen Elektro denteil bilden können.This difficulty can be with the one in DE-PS 14 96 222 described methods can be avoided in that a protective sheet or film on each of the front Ren and rear ends of an electrode part attached becomes. However, this method has proven to be as not entirely satisfactory than that Protective sheet or the protective film is subject to tendency stripped during the winding of the electrode part be, the electrode part also the tendency has broken or broken at its bent part to become what is a penetration of the protective sheet or protection of the corresponding part. Like the figures of the DE-PS 14 96 222 show, the one electrode part together with one Protective film directly into the slot of the mandrel inserted so that it is easy to break or crumble eln this electrode part at the exit point can come from the slot of the mandrel, causing sharp Edges can arise, which are then covered by the penetrate separator and in this way an internal short circuit with the other electrical can form part.
Ein Verfahren, mit dem das Verfahren nach der DE-PS 14 96 222 verbessert wird, ist in der JP 47-50 417 beschrieben.A method with which the method according to DE-PS 14 96 222 is improved, is described in JP 47-50 417.
Hier wird ein Blatt oder eine Folie, das bzw. die eine vorbestimmte Länge hat und ein Film oder ein gewebtes Tuch aus Kunstharz ist, an einem Ende desselben bzw. derselben an dem vorderen Ende eines mit einem Separator bedeckten Elektrodenteils angebracht, und dieses Blatt oder diese Folie wird an seinem bzw. an ihrem Ende in einen Schlitz eines Spulenkörpers eingefügt und dann um den Spulenkörper herumgewickelt. Dieses Verfahren ist insofern vorteilhaft, als das Elektrodenteil um den Spu lenkörper herumgewickelt werden kann, ohne daß es gebogen wird. Jedoch unterliegt das Blatt oder die Folie, da es bzw. sie nur am vorderen Ende des Elektrodenteils ange bracht ist, der Tendenz, während des Wickelvorgangs abge löst oder abgeschält zu werden. Außerdem kann keine be trächtlich große Wickelkraft auf das Blatt oder die Folie am Beginn des Elektrodenaufwickelvorgangs angewandt wer den. Daher ist die Elektrodengruppe, die man durch den Wickelvorgang nach dessen Vollendung erhält, nicht genü gend fest und straff.Here is a sheet or foil, the one has a predetermined length and a film or a woven Resin cloth is at one end of the same or the same at the front end one with a separator covered electrode part attached, and this sheet or this foil is in at its or at its end inserted a slot of a bobbin and then around wrapped around the bobbin. This procedure is advantageous in that the electrode part around the Spu steering body can be wrapped around without it being bent becomes. However, the sheet or film is subject to it or only at the front end of the electrode part is brought, the tendency to abge during the winding process dissolves or gets peeled off. In addition, no great winding force on the sheet or film at the beginning of the electrode winding process the. Therefore, the group of electrodes that you go through Winding process after its completion, not enough tight and firm.
Weiter ist in der JP 50-55 843 ein Verfahren beschrieben, das folgendes umfaßt: Verlängern eines Separators über das vordere Ende des Elektrodenteils hinaus, Verstärken der Separatorverlängerung durch Kompaktieren derselben mittels Wärmeverschmelzung, Einfügen dieser verstärkten Separatorverlängerung in einen Schlitz eines Spulenkör pers und Wickeln der Separatorverlängerung, so daß das Elektrodenteil um den Spulenkörper herumgewickelt wird. Gemäß diesem Verfahren weist jedoch der Separator, der sich von dem vorderen Ende des Elektrodenteils aus er streckt, einen Teil von einer großen Länge auf, in dem die Separatorfunktion aufgrund der Wärmeverschmelzung verlorengeht, und die Zellenaktivität geht in diesem Teil verloren, was eine unerwünschte Verminderung der Zellen kapazität zur Folge hat.Furthermore, a method is described in JP 50-55 843, which includes: extending a separator over the front end of the electrode part out, reinforcing the separator extension by compacting the same by means of heat fusion, inserting these reinforced Separator extension into a slot in a bobbin pers and winding the separator extension, so that Electrode part is wrapped around the bobbin. According to this method, however, the separator has the itself from the front end of the electrode part stretches out a part of great length in which the separator function due to the heat fusion is lost, and cell activity goes down in this part lost, causing an undesirable decrease in cells capacity.
Bei dem Verfahren, das in der DE 27 46 428 B2 beschrieben ist, werden das positive Elektrodenteil und das negative Elektrodenteil von einer solchen Position aus auf den drehbaren Kern einer Wickelvorrichtung gewickelt, daß ihre Enden gegenüberliegend und symmetrisch angeordnet sind, wobei das Wickeln dieser beiden Elektrodenteile mit dem zugehörigen Separator gleichzeitig und in symmetri scher Weise begonnen wird.In the process described in DE 27 46 428 B2 the positive electrode part and the negative Electrode part from such a position on the rotatable core of a winding device that wound their ends opposite and symmetrical are, with the winding of these two electrode parts with the associated separator simultaneously and in symmetri is started.
In der DE 25 22 544 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen einer spiralförmigen Elektrodenanordnung beschrieben, in welchem die Enden der beiden Elektrodenteile miteinander fluchten, also nicht in Wickelrichtung gegeneinander versetzt sind, und in dem auch keine Doppellage des Sepa rators vor dem Aufbringen der Elektrodenteile um den Spulenkörper herumgewickelt wird.DE 25 22 544 A1 describes a method for manufacturing a spiral electrode arrangement described in which the ends of the two electrode parts together aligned, i.e. not in the winding direction against each other are offset, and in which no double layer of the Sepa rators before applying the electrode parts around the Coil body is wound around.
Bei dem Verfahren nach der DE 22 21 818 B2 wird zwar ein negatives Elektrodenteil verwendet, das beidseitig von einem Separator bedeckt ist, jedoch hat dieser Separator keine Separatorverlängerung, sondern nur einen dünnen flexiblen Führungsstreifen, welcher lediglich dazu dient, die Elektrodenteile samt Separator im halbautomatischen Herstellungsverfahren der Elektrodenanordnung anzukop peln. Außerdem ist das vordere Ende des mit dem Separator ummantelten negativen Elektrodenteils ebenso wie bei dem Verfahren nach der weiter unten erörterten DE 28 13 434 A1 so angeordnet, daß der Separator durch eine scharfe Kante des vorderen Teils des positiven Elektrodenteils unter Bildung eines internen Kurzschlußkreises durchdrun gen werden kann.In the method according to DE 22 21 818 B2, a negative electrode part used on both sides of a separator is covered, however, this separator has no separator extension, just a thin one flexible guide strip, which only serves to the electrode parts including the separator in the semi-automatic Manufacturing process of the electrode arrangement peln. Also, the front end is the one with the separator covered negative electrode part as well as in the Method according to DE 28 13 434 discussed below A1 arranged so that the separator by a sharp Edge of the front part of the positive electrode part penetrated to form an internal short circuit can be gen.
Bei dem Verfahren nach der DE-PS 9 11 506 wird mit dem Wickeln der Elektrodenteile im oder zumindest am Schlitz des Wickeldorns begonnen, wobei die vorderen Enden der beiden Elektrodenteile miteinander fluchten und daher nicht gegeneinander versetzt sind, und wobei die Separa torverlängerung eine minimale Länge hat, also nicht über den Umfang des Wickeldorns gewickelt ist, bevor mit dem Wickeln der Elektrodenteile begonnen wird.In the method according to DE-PS 9 11 506 with Winding the electrode parts in or at least on the slot of the mandrel, with the front ends of the two electrode parts are aligned and therefore are not offset against each other, and being the Separa gate extension has a minimal length, i.e. not over the circumference of the mandrel is wound before using the Winding of the electrode parts is started.
In der US-PS 45 39 746 ist ein Verfahren beschrieben, in welchem ein erstes Elektrodenteil, das mit Separatoren bedeckt ist, zunächst um den Spulenkörper mehrere Male herumgewickelt wird. Jedoch beginnt das vordere Ende die ses Elektrodenteils bereits unmittelbar am Schlitz des Spulenkörpers, und das zweite Elektrodenteil ist mit seinem vorderen Ende so angeordnet, daß es dann über dem ersten Elektrodenteil zu liegen kommt. Das Wesentliche der Verfahrensweise nach der US-PS 45 39 746, soweit es vorliegend von Interesse ist, scheint darin zu bestehen, daß, um ein Eindringen des vorderen Rands des zweiten Elektroden teils in den Separator und dadurch in den ersten Elektro denteil zu verhindern, ein weiterer Separator eingefügt wird, der die dreifache Dicke des den ersten Elektroden teil ummantelnden Separators hat.In US-PS 45 39 746 a method is described in which is a first electrode part that with separators is covered, first around the bobbin several times is wrapped around. However, the front end starts that ses electrode part already at the slot of the Coil body, and the second electrode part is with its front end arranged so that it then over the first electrode part comes to rest. The essentials the procedure according to US-PS 45 39 746, as far as it is of interest here, seems to be that to penetrate the leading edge of the second electrodes partly in the separator and thus in the first electrical To prevent this part, another separator is inserted which is three times the thickness of the first electrodes partially encased separator.
Weiterhin ist aus der JP 55-49 865 ein Verfahren bekannt, bei dem das negative Elektrodenteil zwar eine Separator verlängerung hat, von dieser jedoch nur der eine der beiden Separatorteile um den Wickelkern herum geführt ist, welcher die untere Fläche des negativen Elektrodenteils abdeckt. Auch ist das vordere Ende des positiven Elektrodenteils überlappend mit dem negativen Elektrodenteil angeordnet, so daß eine scharfe Kante am vorderen Ende des positiven Elektrodenteils, durch den Separator zwischen positivem und negativem Elektrodenteil hindurchdringen und so einen internen Kurzschlußkreis bilden kann.A method is also known from JP 55-49 865, in which the negative electrode part is a separator extension, but only one of them out two separator parts around the winding core which covers the lower surface of the negative electrode part. Also, the front end of the positive electrode part is overlapped with that negative electrode part arranged so that a sharp edge on the front End of the positive electrode part, through the separator between penetrate positive and negative electrode part and can form an internal short circuit.
Schließlich ist ein Verfahren der eingangs genannten Art aus der DE 28 13 434 A1 bekannt. Dieses Verfahren wird im einzelnen so ausgeführt, daß die sich vom vorderen Ende des negativen Elektrodenteils bis zu dem Schlitz des Spulenkörpers erstreckende Separatorverlängerung nur einen Bruchteil des Umfangs des Spulenkörpers bedeckt, nämlich einen Umfangswinkelbereich von etwa 45°, und das vordere Ende des positiven Elektrodenteils vor dem vor deren Ende des negativen Elektrodenteils angeordnet wird. Diese Verfahrensweise hat insbesondere den Nachteil, daß dann, wenn der scharfe vordere Rand des positiven Elek trodenteils den darunterliegenden Separator durchdringt, ein interner Kurzschlußkreis entstehen kann.Finally, a method of the type mentioned above known from DE 28 13 434 A1. This procedure is used in individual designed so that it extends from the front end of the negative electrode part up to the slot of the Coil body-extending separator extension only covers a fraction of the circumference of the coil body, namely a circumferential angle range of about 45 °, and that front end of the positive electrode part before the front the end of the negative electrode part is arranged. This procedure has the particular disadvantage that then when the sharp leading edge of the positive elec partly penetrates the separator underneath, an internal short circuit can arise.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren der im Prinzip aus der DE 28 12 434 A1 bekannten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem interne Kurzschlußkreise sicher vermieden werden und mit dem eine Beschädigung der Elektrodenteile und des Separators während des Wickelns der Elektrode ausgeschaltet wird.In contrast, the object of the invention is a method of the type known in principle from DE 28 12 434 A1 To provide with the internal short circuit safely avoided and with which damage to the Electrode parts and the separator during winding the electrode is switched off.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß, wenn der Spulenkörper gedreht wird, das zweite der beiden Elektrodenteile mittels der Separatorverlängerung in die entstehende Elektrodenanordnung erst eingewickelt wird, nachdem der sich zwischen dem vorderen Ende des ersten Elektrodenteils und dem Spulenkörper erstreckende Teil der Separatorverlängerung in einer solchen Länge um den Spulenkörper herumgewickelt worden ist, welche größer als die Länge des Umfangs des Spulenkörpers ist, und daß das vordere Ende des zweiten Elektrodenteils, mit dem ein schützendes Band verbunden ist, in der Zuführungsrichtung der Elektrodenteile zu dem Spulenkörper vor dem vorderen Ende des ersten Elektrodenteils angeordnet wird.This object is achieved in that when the bobbin is rotated, the second of the two Electrode parts in the separator extension emerging electrode arrangement is first wrapped, after moving between the front end of the first Electrode part and the coil body extending part the separator extension in such a length by Coil body has been wound around, which is larger than is the length of the circumference of the bobbin, and that that front end of the second electrode part, with the one protective tape is connected in the feed direction of the electrode parts to the coil former in front of the front End of the first electrode part is arranged.
Auf diese Weise kommt es, wenn der Separator durch den scharfen vorderen Rand des zweiten Elektrodenteils wäh rend des Wickelvorgangs beschädigt wird, niemals zur Ausbildung eines internen Kurzschlusses, da das erste Elektrodenteil in der Nähe des beschädigten Teils des Separators nicht vorhanden ist. Weiter wird die Gefahr einer Beschädigung durch Zerbröckeln o. dgl. der vorderen Kante des zweiten Elektrodenteils gleichzeitig dadurch stark herabgemindert, daß es beidseitig von wenigstens je zwei Separatorschichten eingeschlossen ist, da das vorde re Ende des zweiten Elektrodenteils nicht nur hinter dem vorderen Ende des ersten Elektrodenteils angeordnet wird, sondern auch das zweite Elektrodenteil mittels der Sepa ratorverlängerung in die entstehende Elektrodenanordnung erst eingewickelt wird, nachdem der sich zwischen dem vorderen Ende des ersten Elektrodenteils und dem Spulen körper erstreckende Teil der Separatorverlängerung in einer solchen Länge um den Spulenkörper herumgewickelt worden ist, welche größer als die Länge des Umfangs des Spulenkörpers ist.In this way it happens when the separator passes through the sharp front edge of the second electrode part damaged during the wrapping process, never to Formation of an internal short circuit since the first Electrode part near the damaged part of the Separators does not exist. The danger continues damage by crumbling or the like of the front Edge of the second electrode part simultaneously thereby greatly reduced that it is on both sides of at least ever two separator layers is included since the front re end of the second electrode part not only behind that is arranged at the front end of the first electrode part, but also the second electrode part by means of the Sepa rator extension into the resulting electrode arrangement is only wrapped up after moving between the front end of the first electrode part and the coils part of the separator extension in such a length wrapped around the bobbin which has been greater than the length of the circumference of the Is bobbin.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, einen Sepa rator so zu verwenden, daß eine hohe Zellenleistungsfä higkeit und/oder ein hoher Zellenwirkungsgrad sicherge stellt wird, indem, abgesehen vom Separator selbst, das Vorsehen eines Blatts einer Folie, einer Dünnplatte o. dgl. vermieden wird, das bzw. die, mit dem vorderen Ende eines Elektrodenteils verbunden, der Tendenz unter worfen ist, während des Wickelvorgangs abgeschält oder -gestreift zu werden, was zur Folge hätte, daß es unmög lich wäre, das Elektrodenteil fehlerfrei aufzuwickeln, sowie der Nachteil, daß ein Blatt, eine Folie, eine Dünn platte o.dgl. einen Teil des Elektrodenteils bedeckt, was eine unerwünschte Verminderung der Zellenkapazität zur Folge hätte. Mit anderen Worten gesagt, wird das Vorsehen eines anderen Teils ausgeschaltet, welches die Fe stigkeit und/oder Straffheit der spiralförmigen Elektro denanordnung vermindert und/oder eine volle Entfaltung der Zellenaktivität be- oder verhindert.The method according to the invention enables a sepa rator to use so that a high cell performance ability and / or high cell efficiency is made by, apart from the separator itself, the Provide a sheet of foil, a thin plate or the like is avoided, the one or the front End of an electrode part connected, the tendency under is peeled off during the wrapping process or -to be touched, which would make it impossible would be to wind up the electrode part correctly, and the disadvantage that a sheet, a film, a thin plate or the like part of the electrode part covered what an undesirable decrease in cell capacity Episode. In other words, provision is made another part turned off, which the Fe Stability and / or tightness of the spiral electro the arrangement is reduced and / or fully developed inhibits or prevents cell activity.
Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung werden die Elektrodenteile nirgends zwangsweise geknickt. Daher werden die Elektrodenteile nicht beschädigt, und es wird ein zu beanstandender Kurzschluß in der herzustellenden Zelle verhindert. Weiterhin braucht im Gegensatz zu dem Verfahren nach dem Stande der Technik kein Schutzblatt oder keine Schutzfolie, das bzw. die beispielsweise aus Kunstharz besteht, an dem vorderen Ende des ersten Elek trodenteils angebracht zu werden, und der Separator braucht keiner Wärmeverschmelzung unterworfen zu werden. Daher können alle Bereiche der Elektrodenteile ein schließlich ihrer vorderen Endbereiche wirksam und lei stungsfähig an der Zellenaktivität teilnehmen und damit zur Zellenaktivität beitragen, so daß sich eine hohe Zellenaktivität ergibt.In the method according to the present invention the electrode parts were never forcibly kinked. Therefore the electrode parts are not damaged and it will a short circuit to be objected to in the Cell prevented. Furthermore, contrary to that State of the art process no protective sheet or no protective film, for example made of Resin is made at the front end of the first elec tread part to be attached, and the separator does not need to be subjected to heat fusion. Therefore, all areas of the electrode parts can be finally their front end areas effective and lei constantly participate in cell activity and thus contribute to cell activity, so that a high Results in cell activity.
Außerdem ist das Verfahren nach der vorliegenden Erfin dung auch insofern vorteilhaft, als keinerlei übermäßig große Wickelkraft auf das erste Elektrodenteil angewandt zu werden braucht. Daher kann ein weiches Metallmaterial, wie beispielsweise Lithium, Natrium oder Aluminium oder eine Legierung dieser Metalle dazu verwendet werden, das erste Elektrodenteil auszubilden.In addition, the process according to the present invention also advantageous in that none is excessive large winding force applied to the first electrode part needs to be. Therefore, a soft metal material, such as lithium, sodium or aluminum or an alloy of these metals can be used to form the first electrode part.
In dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist es zu bevorzugen, die Längsränder des ersten Elektroden teils, zusätzlich zu den beiden Oberflächen, mit dem Separator abzudecken. Wenn das erste Elektrodenteil auf diese Weise vollständig mit dem Separator bedeckt ist, ist es durch den Separator gegen eine Beschädigung ge schützt, und es treten selbst dann keine internen Kurz schlußschwierigkeiten auf, wenn ein Teil des Elektroden teils gebrochen oder abgebrochen ist und abgeschält oder -gestreift wird.It is in the method according to the present invention to prefer the longitudinal edges of the first electrodes partly, in addition to the two surfaces, with the Cover separator. When the first electrode part is on completely covered with the separator in this way, it is against damage by the separator protects, and even then there are no internal shortcuts Conclusion problems when part of the electrodes partly broken or broken off and peeled off or striped.
Der Separator, welcher das erste Elektrodenteil vollstän dig bedeckt, ist vorzugsweise an seinen Längsrändern verschweißt. Dieses Verschweißen stellt eine vollständige Abdeckung des ersten Elektrodenteils durch den Separator sicher. Außerdem nimmt der Widerstand des Elektrodenteils gegen eine Zugkraft, die in der Längsrichtung des Separa tors angewandt wird, zu, so daß das Elektrodenteil wäh rend seines Wickelns dicht und straff gewickelt werden kann, während ein starker Zug auf die Separatorverlänge rung ausgeübt wird. Daher ergibt sich eine hohe Zellenka pazität.The separator, which completes the first electrode part dig covered, is preferably on its longitudinal edges welded. This welding represents a complete one Covering of the first electrode part by the separator for sure. In addition, the resistance of the electrode part increases against a pulling force in the longitudinal direction of the Separa tors is applied, so that the electrode part sel be wrapped tightly and tightly during its winding can while pulling heavily on the separator extensions tion is exercised. This results in a high cell count capacity.
In dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung besteht der den Schlitz aufweisende Spulenkörper bevorzugt aus einem Paar von halbzylindrischen Teilen, die ein wenig im Abstand voneinander angeordnet sind, so daß sie eine im wesentlichen zylindrische äußere Umfangsoberfläche erge ben.In the method according to the present invention the coil former having the slot preferably consists of a pair of semi-cylindrical parts that are a little in the Are spaced from each other so that they are one in erge substantially cylindrical outer peripheral surface ben.
Wenn die Elektrodenteile um den Spulenkörper, der einen solchen Aufbau hat, gewickelt werden, dann ist es zu bevorzugen, daß ein erster Teil der Separatorverlängerung in den Schlitz des Spulenkörpers so eingefügt wird, daß er von dem Spulenkörper vorsteht, und um den Spulenkörper zusammen mit einem zweiten Teil gewickelt wird, der sich zwischen dem Spulenkörper und dem vorderen Ende des er sten Elektrodenteils erstreckt, so daß die Dicke der Separatorverlängerung, die über das vordere Ende des zweiten Elektrodenteils gewickelt wird, verdoppelt ist. Dadurch wird erreicht, daß selbst dann, wenn die Separa torverlängerung zum Wickeln der Elektrodenteile um den Spulenkörper mit starker Kraft gezogen wird, der eine der beiden Teile der Separatorverlängerung durch den anderen Teil der Separatorverlängerung vor dem zweiten Elektro denteil geschützt und infolgedessen nicht beschädigt wird.If the electrode parts around the bobbin, the one such structure has to be wrapped, then it is too prefer a first part of the separator extension is inserted into the slot of the bobbin so that it protrudes from the bobbin and around the bobbin is wound together with a second part, which is between the bobbin and the front end of it Most electrode part extends so that the thickness of the Separator extension that extends over the front end of the second electrode part is wound, is doubled. This ensures that even if the Separa Gate extension for wrapping the electrode parts around the The bobbin is pulled with strong force, which is one of the both parts of the separator extension by the other Part of the separator extension before the second electrical protected and consequently not damaged becomes.
Die Erfindung sei nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand einer besonders bevorzugten Ausführungsform in näheren Einzelheiten anhand der Fig. 1 bis 8 beschrieben, die eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer spiral förmigen Elektrodenanordnung veranschaulichen; es zeigen:The invention is described below with reference to the figures of the drawing based on a particularly preferred embodiment in more detail with reference to FIGS. 1 to 8, which illustrate an embodiment of the method according to the invention for producing a spiral-shaped electrode arrangement; show it:
Fig. 1A eine Abwicklungsansicht eines negativen Elektrodenteils, das vollständig mit einem Separator bedeckt ist,; Fig. 1A is a development view of a negative electrode portion, that is fully covered with a separator ,;
Fig. 1B eine Schnittansicht entlang der Linie A-A′ in Fig. 1A; Fig. 1B is a sectional view taken along line AA ' in Fig. 1A.
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht, die eine Separatorverlängerung zeigt, welche auf einem von zwei halbzylindrischen Teilen angeordnet ist, die zusammen einen Spulen körper bilden; Fig. 2 is a perspective view showing a separator extension which is arranged on one of two semi-cylindrical parts which together form a coil body;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht, welche zeigt, wie die Separatorverlängerung in einem Schlitz gehalten ist, der durch Hinzufügen des anderen halbzylindrischen Teils ent steht; Fig. 3 is a perspective view showing how the separator extension is held in a slot which is ent by adding the other semi-cylindrical part;
Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B′ in Fig. 3; Figure 4 is a sectional view taken along line BB ' in Fig. 3.
Fig. 5 eine Schnittansicht, die veranschaulicht, wie der Separator und die Elektrodenteile bei der Rotation des Spulenkörpers um letz teren herumgewickelt werden; Fig. 5 is a sectional view illustrating how the separator and the electrode parts are wound around the latter as the bobbin rotates;
Fig. 6 eine der Fig. 5 entsprechende Ansicht, die jedoch ein weiter fortgeschrittenes Stadium des Wickelvorgangs zeigt; FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 5, but showing a more advanced stage of the winding process;
Fig. 7 eine der Fig. 6 entsprechende Ansicht, welche jedoch die nach Herausziehen des Spulenkörpers fertige spiralförmige Elek trodenanordnung zeigt; und Fig. 7 is a view corresponding to Figure 6, but which shows the finished after pulling out the bobbin spiral electrode arrangement. and
Fig. 8 eine teilweise im Schnitt dargestellte Vorderaufrißansicht einer Zelle, in der die spiralförmige Elektrodenanordnung der Fig. 7 in einem Zellengehäuse eingeschlossen ist. Fig. 8 is a front elevational view partly in section of a cell in which the helical electrode assembly of Fig. 7 is enclosed in a cell case.
Wie aus den Fig. 1A und 1B ersichtlich ist, wird ein negatives Elektrodenteil 1, das beispielsweise aus Lithi um hergestellt ist, vollständig mit einem Separator 2 be deckt, jedoch mit Ausnahme einer Lasche 1 a, die ein Stromabnehmer bzw. -zuführer ist. Das vordere Ende des Separators 2 ist über das vordere Ende des negativen Elektrodenteils hinaus verlängert, so daß sich eine Sepa ratorverlängerung 2 a ergibt, die nur aus dem Separator 2 besteht. Vorzugsweise wird der Separator 2, der die Ge samtheit des negativen Elektrodenteils 1 bedeckt, dadurch erhalten, daß man zwei Separatorblätter, -folien, -dünn platten o.dgl. auf je einer der beiden Oberflächen des negativen Elektrodenteils 1 vorsieht, ihre Längsränder übereinanderlegt und die Separatorblätter o.dgl. an den Längsrändern verschweißt, so daß ein Paar von Schweißnäh ten 2 b ausgebildet wird, wodurch das Elektrodenteil 1 in der so aus dem Separator 2 gebildeten Umhüllung vollstän dig eingeschlossen ist. Das Verfahren des vollständigen Einschließens des negativen Elektrodenteils 1 durch den Separator 2 ist natürlich in keiner Weise auf das obige Verfahren beschränkt, sondern hierfür kann auch irgendein anderes geeignetes Verfahren verwendet werden. Zum Bei spiel kann ein Separator, der eine große Breite hat, zu einer U-Form gefaltet werden, und das offene Ende des U- förmigen Separators wird, nachdem das negative Elektro denteil 1 darin eingefügt worden ist, mittels Wärme so verschweißt, daß das Elektrodenteil 1 in dem Separator eingeschlossen ist.As can be seen from FIGS . 1A and 1B, a negative electrode part 1 , which is made, for example, of lithium, is completely covered with a separator 2 , but with the exception of a tab 1 a , which is a current collector or feeder. The front end of the separator 2 is extended beyond the front end of the negative electrode part, so that there is a Sepa rator extension 2 a , which consists only of the separator 2 . Preferably, the separator 2 , which covers the entirety of the negative electrode part 1 , is obtained by having two separator sheets, foils, thin plates or the like. provides on each of the two surfaces of the negative electrode part 1 , superimposes their longitudinal edges and the like or the separator sheets. welded to the longitudinal edges, so that a pair of weld seams 2 b is formed, whereby the electrode part 1 is completely enclosed in the envelope thus formed from the separator 2 . The method of completely enclosing the negative electrode part 1 by the separator 2 is of course in no way limited to the above method, but any other suitable method can be used for this. For example, a separator that has a large width can be folded into a U-shape, and the open end of the U-shaped separator is heat-sealed after the negative electrode part 1 is inserted therein so that the Electrode part 1 is enclosed in the separator.
Dann wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist, die Separatorver längerung 2 a des Separators 2, in dem das Elektroden teil 1 vollständig eingeschlossen ist, auf einer flachen Oberfläche eines halbzylindrischen Teils 3 a angeordnet. Dieses Teil 3 a wirkt mit einem entsprechenden halbzylin drischen Teil 3 b so zusammen, daß beide einen drehbaren Spulenkörper 3 bilden, der eine im wesentlichen zylindri sche Form hat, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Dann wird, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, das andere Teil 3 b so angeordnet, daß die Separatorverlängerung 2 a in einem Schlitz zwischen den Teilen 3 a und 3 b gehalten wird. In diesem Falle ist die Länge des Teils 2 a 1 der Separatorver längerung 2 a, die über den Spulenkörper 3 hinaus nach vorwärts vorsteht, vorzugsweise größer als die Hälfte der Länge des Umfangs des Spulenkörpers 3, und die Länge des Teils 2 a 2 der Separatorverlängerung 2 a zwischen dem Spu lenkörper 3 und dem vorderen Ende des negativen Elektro denteils 1 ist größer als die Länge des Umfangs des Spu lenkörpers 3.Then, as shown in Fig. 2, the separator extension 2 a of the separator 2 , in which the electrode part 1 is completely enclosed, is arranged on a flat surface of a semi-cylindrical part 3 a . This part 3 a cooperates with a corresponding semi-cylindrical part 3 b so that both form a rotatable bobbin 3 , which has a substantially cylindrical shape, as shown in Fig. 3. Then, as shown in FIGS. 3 and 4, the other part 3 b is arranged so that the separator extension 2 a is held in a slot between the parts 3 a and 3 b . In this case, the length of part 2 a 1 of the separator extension 2 a , which protrudes forward beyond the coil former 3 , is preferably greater than half the length of the circumference of the coil former 3 , and the length of part 2 a 2 of the separator extension 2 a between the coil body 3 and the front end of the negative electrode part 1 is greater than the length of the circumference of the coil body 3 .
Nachdem die Trennerverlängerung 2 a in dem Schlitz des Spulenkörpers 3 in der oben beschriebenen Weise gehaltert worden ist, wird der Spulenkörper 3 rotiert, bis der Teil 2 a 2 zusammen mit dem Teil 2 a 1 um den Spulenkörper 3 herumgewickelt worden ist, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Wenn der Teil 2 a 1 in einer Länge um den Spulenkörper 3 herumgewickelt worden ist, die größer als die Länge des Umfangs des Spulenkörpers 3 ist, wird das vordere Ende eines positiven Elektrodenteils 4 in eine Position ge bracht, die in Fig. 5 gezeigt ist, und das positive Elektrodenteil 4 wird zusammen mit dem negativen Elektro denteil 1 um den Spulenkörper 3 herumgewickelt, wie in Fig. 6 gezeigt ist.After the separator extension has been 2a mounted in the slot of the bobbin 3 in the manner described above, the bobbin 3 is rotated until the portion 2 a 2 has been wound together with the part 2 a 1 around the bobbin 3 as shown in Figure . 5 is shown. If the part 2 a 1 has been wound around the bobbin 3 in a length that is greater than the length of the circumference of the bobbin 3 , the front end of a positive electrode part 4 is brought into a position shown in Fig. 5 , and the positive electrode member 4 is wound together with the negative electrode member 1 around the bobbin 3 as shown in FIG. 6.
Das positive Elektrodenteil 4 wird zum Beispiel dadurch hergestellt, daß man ein Mittel, welches eine positive Elektrode bildet und ein Aktivmaterial, wie beispielswei se Mangandioxid, enthält oder ist, um einen Trägerkern 4 a herum formt, beispielsweise formpreßt, formspritzt oder in sonstiger Weise formt.The positive electrode part 4 is, for example, prepared by reacting an agent which forms a positive electrode and containing an active material, such as beispielswei se manganese dioxide, or to a carrier core 4 a round shapes, for example formpreßt, form molded or formed in any other way .
Vor dem Aufwickeln des positiven Elektrodenteils 4 wird ein Band 5 mit dem vorderen Ende des Elektrodenteils 4 verbunden. Das positive Elektrodenteil 4 und das negative Elektrodenteil 1 werden in einem Zustand um den Spulen körper 3 herumgewickelt, in welchem sich das vordere Ende des negativen Elektrodenteils 1 rückwärts relativ zu dem des positiven Elektrodenteils 4 in ihren Positionen rela tiv zu dem Spulenkörper 3 befindet (siehe insbesondere die Darstellung der Fig. 6). Vorzugsweise ist das Band 5 aus einem organischen Harz oder Kunstharz, wie beispiels weise Teflon (Polytetrafluorethylen), Polypropylen, Poly ethylen, Nylon (Polyamid bzw. Polyamide) oder Polyester oder einem anorganischen Material, wie beispielsweise Glasfasern oder Kohlenstoffasern, hergestellt.Before winding the positive electrode part 4 , a tape 5 is connected to the front end of the electrode part 4 . The positive electrode part 4 and the negative electrode element 1 are wound in a state around the bobbin 3, in which the leading end of the negative electrode part 1 is located backward relative to the positive electrode part 4 rela in their positions tive to the bobbin 3 (see in particular the representation of FIG. 6). The tape 5 is preferably made of an organic resin or synthetic resin, such as Teflon (polytetrafluoroethylene), polypropylene, polyethylene, nylon (polyamide or polyamide) or polyester or an inorganic material such as glass fibers or carbon fibers.
Indem das Band 5 so an das vordere Ende des positiven Elektrodenteils 4 gebunden wird, wird das Elektroden teil 4 durch das Band 5 so geführt, daß es zusammen mit dem Elektrodenteil 1 genau um den Spulenkörper 3 herumge wickelt wird, und das Band 5 verhindert eine Beschädigung des Separators 2 durch die scharfen Ecken des vorderen Endes des positiven Elektrodenteils 4. Weiter wird eine Beschädigung des Teils 2 a 2 der Separatorverlängerung 2 a durch die scharfen Ecken des vorderen Endes des harten positiven Elektrodenteils 4 zuverlässiger dadurch verhin dert, daß der Teil 2 a 1 der Separatorverlängerung 2 a wäh rend des Wickelvorgangs zwischen das vordere Ende des positiven Elektrodenteils 5 und des Teils 2 a 1 zwischenge fügt ist (Fig. 5). Weiter befindet sich das vordere Ende des negativen Elektrodenteils 1 rückwärts relativ zu demjenigen des positiven Elektrodenteils 4 während des Wickelns des positiven Elektrodenteils 4. Daher besteht, selbst dann, wenn der Teil 2 a 2 der Separatorverlängerung 2 durch die scharfen Ecken des vorderen Endes des positiven Elektrodenteils 4 beschädigt würde, absolut keine Mög lichkeit des Auftretens eines internen Kurzschlusses, da das negative Elektrodenteil 1 in dem Bereich des Teils 2 a 2, der beschädigt werden könnte, nicht vorhanden ist (Fig. 6). Weiter können, da die Separatorblätter, -folien, -dünnplatten o.dgl., welche den Separator 2 bilden, an ihren Längsrändern verschweißt sind, das nega tive Elektrodenteil 1 und der Separator 2 durch Anwendung einer starken Wickelkraft in ihrer Längsrichtung mit starkem Zug beaufschlagt werden, so daß die Elektroden teile 1, 4 und der Separator 2 fest und straff um den Spu lenkörper 3 herumgewickelt werden können.By tying the tape 5 to the front end of the positive electrode part 4 , the electrode part 4 is passed through the tape 5 so that it is wrapped around the bobbin 3 together with the electrode part 1 , and the tape 5 prevents one Damage to the separator 2 from the sharp corners of the front end of the positive electrode part 4 . Furthermore, damage to part 2 a 2 of the separator extension 2 a is prevented more reliably by the sharp corners of the front end of the hard positive electrode part 4 in that the part 2 a 1 of the separator extension 2 a during the winding process between the front end of the positive Electrode part 5 and part 2 a 1 is inserted between ( Fig. 5). Further, the front end of the negative electrode part 1 is located rearward relative to that of the positive electrode part 4 during the winding of the positive electrode part 4 . Is, therefore, even when the part 2 would be a 2 of the Separatorverlängerung 2 damaged by the sharp corners of the front end of the positive electrode part 4, absolutely no opportunity for firms occurrence of an internal short circuit, since the negative electrode part 1 in the region of the part 2 a 2 that could be damaged is not present ( Fig. 6). Furthermore, since the separator sheets, foils, thin plates or the like, which form the separator 2, are welded at their longitudinal edges, the negative electrode part 1 and the separator 2 are subjected to strong tension in their longitudinal direction by applying a strong winding force are so that the electrode parts 1 , 4 and the separator 2 can be tightly wrapped around the spool body 3 .
Nachdem das negative Elektrodenteil 1, der Separator 2 und das positive Elektrodenteil 4 vollständig um den Spulenkörper 3 herumgewickelt worden sind, wird der Spu lenkörper 3 herausgezogen, so daß eine spiralförmige Elektrodenanordnung erhalten wird, welche die in Fig. 7 gezeigte Struktur hat.After the negative electrode part 1 , the separator 2 and the positive electrode part 4 are completely wound around the bobbin 3 , the bobbin 3 is pulled out, so that a spiral electrode arrangement is obtained which has the structure shown in FIG. 7.
Dann wird diese spiralförmige Elektrodenanordnung in ein Zellengehäuse 6 eingebaut, so daß man eine zylindrische Zelle vom nichtwäßrigen Elektrolyttyp erhält, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist. Das Zellengehäuse 6 dient außerdem als positiver Anschluß, und ein elektrisch isolierendes Blatt, eine elektrisch isolierende Folie, Dünnplatte o.dgl. 7 wird auf der inneren Bodenoberfläche des Zellen gehäuses 6 angeordnet. Eine Abdichtungskappe 8, die außerdem als negativer Anschluß dient, besitzt ein Ab dichtungsteil 10, das mit einer Ventil- oder Durchgangs öffnung 9 ausgebildet ist, eine schalen- oder becherför mige Anschlußplatte 13, die ein Entgasungsloch 11 und eine Einschnittzunge 12 hat, und eine flexible dünne Platte 14. Schließlich ist eine elektrisch isolierende Dichtung 15 zwischen dem Zellengehäuse 6 und der Abdich tungskappe 8 angeordnet.Then, this spiral electrode assembly is installed in a cell case 6 , so that a non-aqueous electrolyte type cylindrical cell as shown in Fig. 8 is obtained. The cell housing 6 also serves as a positive terminal, and an electrically insulating sheet, an electrically insulating film, thin plate or the like. 7 is arranged on the inner bottom surface of the cell housing 6 . A sealing cap 8 , which also serves as a negative connection, has a sealing part 10 , which is formed with a valve or passage opening 9 , a shell or becherför shaped connection plate 13 , which has a degassing hole 11 and a notch tongue 12 , and one flexible thin plate 14 . Finally, an electrically insulating seal 15 is arranged between the cell housing 6 and the sealing cap 8 .
Aus der vorstehenden Beschreibung und der Zeichnung ist ersichtlich, daß gemäß dem hier vorgeschlagenen Verfahren zum Herstellen einer spiralförmigen Elektrodenanordnung ein Teil, der nur aus einem Separator besteht, in einem ersten Verfahrensschritt des Wickelvorgangs gewickelt wird, so daß dadurch das Wickeln eines Teils von einem der Elektrodenteile unter einem Winkel von etwa 90° aus geschaltet wird, was häufig zu einem Kurzschluß führt, der einer Knickung dieses Teils des Elektrodenteils zuzu schreiben ist. In einem zweiten Verfahrensschritt des Wickelvorgangs wird das zweite Elektrodenteil vor dem Wickeln des ersten Elektrodenteils gewickelt, so daß selbst dann, wenn der Separator durch die scharfen Ecken des vorderen Endes des zweiten Elektrodenteils beschädigt werden sollte, das Nichtvorhandensein des ersten Elektro denteils in dem Bereich, welcher den scharfen Ecken des vorderen Endes des zweiten Elektrodenteils gegenüber liegt, dazu führt, daß in diesem Bereich kein interner Kurzschluß bewirkt wird. Daher kann ein hartes Elektro denteil, das einen Trägerkern aufweist, in zufriedenstel lender Weise als das zweite Elektrodenteil verwendet wer den, ohne daß es Anlaß zu einem internen Kurzschluß gibt. From the above description and the drawing is can be seen that according to the procedure proposed here for producing a spiral electrode arrangement a part that consists of only one separator in one first step of the winding process is, so that the winding of a part of a of the electrode parts at an angle of approximately 90 ° is switched, which often leads to a short circuit, that causes a buckling of this part of the electrode part is to write. In a second step of the Winding process is the second electrode part before Winding the first electrode part wound so that even if the separator through the sharp corners of the front end of the second electrode part is damaged should be, the absence of the first electro partly in the area that corresponds to the sharp corners of the opposite end of the second electrode part leads to the fact that no internal Short circuit is caused. Therefore, a hard electro part, which has a carrier core, in satisfactory lender way as the second electrode part who used the, without there being any reason for an internal short circuit.
Weiter ist in dem hier vorgeschlagenen Verfahren eines der Elektrodenteile oder das negative Elektrodenteil auf wenigstens seinen beiden Oberflächen mit dem Separator bedeckt, und das vordere Ende des Separators erstreckt sich über das vordere Ende des negativen Elektrodenteils hinaus. Nur diese Verlängerung des Separators wird vorher aufgewickelt, so daß keine übermäßige Wickelkraft auf das negative Elektrodenteil ausgeübt wird. Daher kann dieses Elektrodenteil aus einem weichen Metallmaterial herge stellt sein, das keine große mechanische Festigkeit hat, wie beispielsweise Lithium, Natrium, Aluminium oder deren Legierungen.There is also one in the method proposed here of the electrode parts or the negative electrode part at least its two surfaces with the separator covered, and the front end of the separator extends itself over the front end of the negative electrode part out. Only this extension of the separator is used beforehand wound so that no excessive winding force on the negative electrode part is exercised. Hence this Electrode part made of a soft metal material that has little mechanical strength, such as lithium, sodium, aluminum or their Alloys.
Außerdem ist in dem hier vorgeschlagenen Verfahren der vordere Endteil des negativen Elektrodenteils, ausgenom men den Separator, weniger mit einem Material bedeckt, als das bei Zellenelektrodenanordnung nach dem Stande der Technik der Fall ist. Daher kann das gesamte negative Elektrodenteil unter Einschluß seines vorderen Endteils wirksam zur Zellenfunktion beitragen, so daß dadurch die Zellenkapazität erhöht wird.In addition, in the method proposed here front end part of the negative electrode part, except men the separator, less covered with a material, than that in the cell electrode arrangement according to the prior art Technology is the case. Therefore, the whole negative Electrode part including its front end part contribute effectively to cell function, so that the Cell capacity is increased.
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